题目：       人体红外线报警器                          

学号：         201220120229                     

姓名：            贺金兵                

班级：            1221202                

专业：         测控技术与仪器        

课程教师：         徐哈宁                   

                                     2015年4月10日

     摘要

该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中应用较广。

关键词：红外线 热释电效应 菲涅尔透镜

目    录

摘要···········································

目录···········································

第一章：绪论···········································

1.1 设计概述···········································

1.2 设计背景···········································

1.3 设计要求···········································

1.4 设计意义···········································

第二章：方案设计与研究···········································

2.1 设计过程···········································

2.2 方案选定···········································

第三章：红外线传感器的概述···········································

3.1 红外线传感器···········································

3.2 红外线传感器的特点···········································

3.3 主要特性···········································

第四章：LM358芯片···········································

4.1  LM358概述···········································

4.2  芯片特点···········································

4.3  电气特性···········································

4.4  典型电路···········································

第五章：LM393芯片···········································

5.1  LM393概述···········································

5.2  芯片特点···········································

5.3  电气特性···········································

5.4  典型电路···········································

第六章：电路设计···········································

6.1  红外线传感器···········································

6.2  信号放大电路···········································

6.3  电压比较器···········································

6.4  音响报警电路···········································

6.5  延时电路···········································

6.6  12V电源电路···········································

6.7  红外线感应报警电路···········································

 第七章：PCB布线仿真图···········································

 第八章：元器件清单··································

第九章：实验遇到的困难································

第十章：实验心得···································

                    第一章 绪论

1.1设计概述

本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析利用红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。内容广泛，灵活应用。课题利用LM386功放、LM393比较强芯片，以及红外线传感器原理设计而成的典型电路。

1.2 设计背景

该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

1.3 设计要求

1．熟悉电路的工作原理；

2．掌握该电路中元器件的识别方法；

3．掌握电路的调试方法；

4．熟悉电路简单的故障分析方法；

5．论文符合其格式、字数的基本要求，内容要求充实、作图严谨规范等。

1.4 设计意义

 加强对一些无人场所的防盗报警，以及对一些危险地带生命迹象的探测。

            第二章  系统方案设计与研究

2.1设计过程

整个电路设计可分为以下几个单元电路：红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等。

2.2方案选定

人体红外线感应报警器电路是由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。

               第三章 红外线传感器概述

3.1 红外线传感器

红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。　　

3.2 红外线传感器的特点

红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。

3.3 主要特性

l   高灵敏度：400°C/750°F或 250°C / 480 °F

l   红外光谱： 1至 3 µm

l   由自监测功能实现数字式控制

l   无需光学调整

l   使用维护方便

l   专为钢铁工业恶劣的工作环境设计，光电子电路放置于重型外壳中(IP66)

l   设有空气吹扫装置和水冷却系统

l   提供连接器和带有不锈钢辫型编织保护层的电缆

                第四章  LM358芯片

4.1 LM358概述

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

4.2 芯片特点

l  内部频率补偿。

l  直流电压增益高(约100dB) 。

l  单位增益频带宽(约1MHz) 。

l  电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V) 。

l  低功耗电流，适合于电池供电。

l  低输入偏流。

l  低输入失调电压和失调电流。

l  共模输入电压范围宽，包括接地。

l  差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。

l  输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V)  

4.3电气特性

l  输入偏置电流45 nA

l  输入失调电流50 nA

l  输入失调电压2.9mV

l  输入共模电压最大值VCC~1.5 V

l  共模抑制比80dB

l  电源抑制比100dB 

l  8脚:电源VCC

l  4脚:接地

l  1、7脚：输出端

l  3、5脚：同相输入端

l  2、6脚：反相输入端

4.5 典型电路

  

第五章 LM393芯片

5.1 LM393概述

LM393 为双电压比较器，LM393 系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393 系列便与 MOS 逻辑电路直接接口。

5.2 芯片特点

l  工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～±18V；

l  消耗电流小，Icc=0.8mA；

l  输入失调电压小，VIO=±2mV；

l  共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；

l  输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；

l  输出可以用开路集电极连接“或”门；

5.3 电气特性

l  8 脚：电源＋

l  4 脚：电源－

l  1 脚：比较器 A 输出

l  2脚：比较器 A 反相输入

l  3 脚：比较器 A 同向输入

l  5 脚：比较器 B 同向输入

l  6 脚：比较器 B 反相输入

l  7 脚：比较器B输出。

5.4 典型电路

                  第六章  电路设计

6.1红外线传感器

红外线传感器IC1采用进口器件Q74，波长为9－10um。一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线。IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号进入放大电路，经过放大比较之后可以蜂鸣器发出响声。

6.2 信号放大电路

     图1

信号放大电路如图1，VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由 IC2A①脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。

6.3 电压比较器

        

图2

电压比较器如图2，IC2B和VD2等作电压比较器，IC2B的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2A①脚输出的信号电压到达IC2B的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较， 此时IC2B的⑦脚由原来的高电平变为低电平。

6.4 音响报警电路

             图3

如图3，IC4A  LM393为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC2B的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的②脚变为低电平它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的①脚变为高电平，VT2 导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC2B的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。由于C6两端的电压不能突变， 故通过R14向 C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。

6.5 延时电路

图4

如图4，由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。该装置采用9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC3--78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。

 如图5

6.6 红外线感应报警电路

                            图 6

第七章  PCB布线仿真图

                         

 第八章 元器件清单

                 

第九章  实验遇到的困难

在画原理图的时候由于红外传感器没有找到对应的元器件要自己动手新建原理图库，之后的78L06以及LM358和LM393都是和之前一样自己建立对应的元器件，而且与其对应的PCB封装意思要自己画，在刚画PCB时有时感觉自己画的不够美观，后面发现可以复制原有的PCB封装再进行一些小小的修改就可以达到要求。在原理图导PCB的时候发现LM358以及LM393所有引脚都没有与对应的脚相连，后查找发现是原理图引脚与PCB引脚没有对应，经过改变使其引脚对应就可以连接上去。在进行整体布局的时候要预留菲涅尔半波片的安装位置。

第十章 实验心得

    这个学期我学习了Altium Designer这门课程，这是一门实验性非常强的课程。经过了五个多星期的努力，在此基础上我们做了红外线人体报警器。通过本次实验，使得我在理论基础上，加深了对Altium Designer软件的理解，熟悉了它的应用和操作方法。一开始刚接触这个软件的时候，对于我们这些新手来讲，都是一知半解的摸索着，遇到许多不懂的只能通过看视频或者去请教其他的同学，去解决遇到的问题。实验的过程包括绘制原理图和添置PCB原理图。比如，有的原件在元件库中根本就没有，只能通过自己在元件库中画出来，同时遇到不合格的元器件，也要做适当的修改，并且自己的操作也不是非常的规范，有时会布线错误，编译就会出错，导致最终进行的PCB的导入时会遇到一些错误。通过由原理图导入PCB的实验。我体会到了Altium Designer具有的强大功能，我们学到的只是最基本的东西，还有许多深层次的需要我们去学习。最后我觉得在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前提是你对每次实验的态度。我们要认真对待每一次实验，如果你在实验这方面很随便，那么我觉得这是非常没有意义的，所以我们应该端正自己的态度，这在以后很有帮助的。

第二篇：pcb实践

《PCB板布局布线实践》

课程设计报告

学院：电气学院 专业：电子信息工程

班级：

姓名：

学号：

2014 年 1月

目录

一、实践目的 .................................................................................................................................. 2

二、实践要求 .................................................................................................................................. 2

三、实践内容 .................................................................................................................................. 3

四、实践心得 .................................................................................................................................. 3

五、封装图 ...................................................................................................................................... 4

六、PCB版图.................................................................................................................................. 4

1

一、实践目的

1.熟悉PCB电路板自动布局

2.布线的规则与操作步骤

3.熟练掌握布局的规则设定

4.熟练掌握布线的规则设定

二、实践要求

对给定的“PCB实践.ddb”中，已经包含本次实践所需要的原理图、PCB元件封装库，要求设计原理图所对应的PCB双层板电路图。实践具体内容如下：

1、在给定的“实践_PCB元件封装库”中增加“单片机AT89C52的PQFP封装”，其尺寸如下图：（注：其中BSC即Basic Spacing Between Centers，引脚中心基本距离。）

2、PCB板尺寸：18CM×18CM

2

3、PCB板中电源类线宽要求≥40mil，信号线≥12mil；（2.54mm对应100mil）

三、实践内容

1.原理图设计过程

a.进入原理图编辑器：选File-New产生设计项目*.DDB和选Sch Document设计,产生空文件SHEET1.SCH进入原理图编辑器；

b.设置图纸大小:选Design-Option-Sheet Options 中选Standard Style来确定画图图纸大小；

c.放置元件

2.生成网络表

网络表是连接原理图和PCB图的中间文件,表述了原理图中元件的电气连接,存有元件定义、网络节点定义等信息,有了网络表就可以进行PCB板自动布局,自动布线,ERC校验和人工布线。网络表生成的方法：在原理图设计完后,双击右键选"生成网络表"(Create Netlist),成功后产生*.NET文件,网络表文件必要时可直接修改。

3.PCB板设计

(1)进入PCB编辑器:：File中选New,并选PCB Document设计,产生PCB1空文件,双击此文件进入PCB编辑器；

(2)设置格点大小和设计层

(3)设置相对原点和PCB制作区域：本设置应在禁止布线层确定,先将禁止布线层(KEEPOUT)切换为当前层,然后根据PCB板大小要求,画边框框出制板区域；选编辑"EDIT"栏中Origin项,用Set设置相对原点：移动光标到框左下角,按鼠标右键设置原点,此点坐标为0,0。

(4)引入元件封装库

(5)引入网络表

(6)布局

(7)布线

(8) PCB板图文件输出

四、实践心得

为期一周的课程设计结束了，这次课程设计是基于PROTEL课程设计之后 3

的一门提高课，该课程设计是针对PCB的布局和布线而进行的，尤其是其中手动的布局和布线，充分的锻炼了动手能力，不依赖于电脑的自动布线。其次，在这个过程中也遇到了一些问题，比如access codes的问题，网络表的不能加载的问题等等，通过同学的互相帮助和经过网上的查询等方式一一解决，使我对PROTEL有了更深一步的了解，对该软件的使用也是得心应手，并具备了一定的解决问题的能力，受益匪浅。我不仅学会了如何使用Protel，并且画出电路的原理图和设计PCB板，而且还在实习中更加深刻的体会了如何与同学配合，互帮互助的精神。在实习中碰到了一些比较难的问题，自己不怕困难，自己专研，学会如何独立思考并解决问题。最后解决不了的上网搜集资料，请教老师，大家互帮帮助，体现了良好的团队意识。为将来进入社会前锻炼自己的合作精神，更好的为将来工作打好基础。

五、封装图

六、PCB版图

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